DE4107753A1

DE4107753A1 - PLASMA PROCESSING DEVICE

Info

Publication number: DE4107753A1
Application number: DE4107753A
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Ohiwa
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1990-03-12
Filing date: 1991-03-11
Publication date: 1991-09-19
Anticipated expiration: 2011-03-12
Also published as: US5245157A; KR0125448B1; DE4107753C2; GB2243944A; JP2546405B2; JPH03263799A; GB2243944B; GB9105063D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Mikrowellenplasmabearbeitungs einrichtung, die bei der Herstellung von Halbleitereinrich tungen zum Trockenätzen oder zum Ausbilden eines dünnen Filmes über CVD (Chemical Vapor Deposition; Chemisches Be dampfen) unter Verwendung eines Mikrowellenplasmas einge setzt wird und ein diesbezügliches Verfahren.The invention relates to microwave plasma processing device used in the manufacture of semiconductor devices for dry etching or for forming a thin one Film about CVD (Chemical Vapor Deposition; Chemisches Be vapor) using a microwave plasma is set and a related procedure.

Mikrowellen-Plasmabearbeitungseinrichtungen zum Bearbeiten von Substratoberflächen durch die Anwendung eines ECR (Electron Cyclotron Resonance; Elektronischen Zyklotron Re sonanz)-Plasmas hat viel Aufmerksamkeit auf dem Gebiet der Herstellung von Halbleitereinrichtungen erfahren. Eine der wichtigsten Eigenschaften der ECR-Plasmabearbeitung liegt darin, daß die Elektronen durch den Resonanzeffekt zwischen dem Magnetfeld und den Mikrowellen beschleunigt werden, so daß durch die kinetische Energie der beschleunigten Elek tronen ein Gas ionisiert wird. Dadurch wird ein Plasma ho her Dichte erzeugt. Jede der durch die Mikrowellen angereg ten Elektronen führt eine Drehbewegung um eine magnetische Feldlinie durch. In diesem Fall ist die Bedingung bzw. der Zustand, in dem die Zentrifugalkraft und die Lorenzkraft im Gleichgewicht sind, als der ECR-Zustand bzw. die ECR-Bedin gung definiert.Microwave plasma processing equipment for processing of substrate surfaces using an ECR (Electron Cyclotron Resonance; Electronic Cyclotron Re sonanz) -Plasmas has received a lot of attention in the field of Experienced manufacture of semiconductor devices. One of the most important features of ECR plasma processing in that the electrons between the resonance effect the magnetic field and the microwaves are accelerated, so that by the kinetic energy of the accelerated elec tron a gas is ionized. This makes a plasma ho forth density generated. Each of the stimulated by the microwaves ten electrons rotate around a magnetic one Field line through. In this case, the condition is or State in which the centrifugal force and the Lorenz force in Are in balance as the ECR state or the ECR condition defined.

Diese Bedingung wird ausgedrückt durch die BeziehungThis condition is expressed by the relationship

ω/B = q/mω / B = q / m

wobei die Zentrifugalkraft und die Lorenzkraft durchwhere the centrifugal force and the Lorenz force by

mr · ω² und -qr · ω Bmr · ω² and -qr · ω B

ausgedrückt werden, und mitbe expressed, and with

ω: die Kreisfrequenz der Mikrowelle,
B: die Magnetflußdichte, und
q/m: die spezifische Ladung der Elektronenω: the angular frequency of the microwave,
B: the magnetic flux density, and
q / m: the specific charge of the electrons

bezeichnet werden.be designated.

Im allgemeinen beträgt die Mikrowellenfrequenz 2,45 GHz, was industriell akzeptiert ist. In diesem Fall beträgt die Resonanz-Magnetflußdichte 875 Gauß.Generally the microwave frequency is 2.45 GHz, what is industrially accepted. In this case the Resonance magnetic flux density 875 Gauss.

In Fig. 1 ist ein Schnitt zum Erläutern des Aufbaus einer herkömmlichen ECR-Plasmaeinrichtung dargestellt. Über einen nicht dargestellten Mikrowellengenerator erzeugte Mikrowel len gelangen über einen Wellen- bzw. Hohlleiter 1 in eine Plasmaerzeugungskammer 3. Ein Gas, wie N₂, O₂, Ar oder der gleichen, zum Erzeugen eines Plasmas gelangt über ein Gas zufuhrrohr 4 in die Plasmaerzeugungskammer 3. Zwischen dem Wellenleiter 1 und der Plasmaerzeugungskammer 3 ist ein, beispielsweise durch ein Quarz gebildetes, Vakuumfenster 2 angeordnet, um unter atmosphärischem Druck den Wellenleiter 1 und die Plasmaerzeugungskammer 3, die durch eine nicht dargestellte Evakuierungseinrichtung evakuiert ist, vonein ander zu trennen. An dem unteren Ende der Plasmaerzeugungs kammer 3 ist eine Metallplatte 7 mit einer großen Öffnung 7A angeordnet. Durch diese Platte 7 und die Plasmaerzeu gungskammer 3 wird ein halb-offener Mikrowellenresonator gebildet. Ein Erregermagnet bzw. ein Erregungssolenoid 6 umgibt die Außenfläche des Resonators derart, daß ein Ma gnetfeld, mit dem die ECR-Bedingung erfüllt werden kann, erzeugt wird. Dadurch wird in der Resonanzkammer ein Plasma erzeugt. Das derart erzeugte Plasma wird entlang den magne tischen Feldlinien in eine Verarbeitungskammer 9 gezwungen und gegen eine Substratauflage 10 gerichtet. Es wird bei spielsweise Monosilangas (SiH₄) in die Verarbeitungskammer 9 über eine Gaszufuhreinrichtung mit einem Ventil 12A und einem Zufuhrrohr 12 eingeführt, so daß das eingeführte Gas durch das Plasma aktiviert wird. Die aktivierten Spezimen reagieren dann mit einem Substrat 11 als zu bearbeitendem Gut, wobei ein dünner Film über der Oberfläche des Sub strats ausgebildet wird. Wenn über das Gaszufuhrrohr 4 an stelle von N₂ oder dergleichen ein Ätzgas zugeführt wird, dann kann die Einrichtung eingesetzt werden, um die Ober fläche eines Substrats zu ätzen.In Fig. 1 is a section for explaining the structure is shown of a conventional ECR plasma facility. A microwave generator (not shown) generates microwaves via a waveguide or waveguide 1 into a plasma generation chamber 3 . A gas, such as N ₂ , O ₂ , Ar or the like, for generating a plasma reaches the plasma generating chamber 3 via a gas supply pipe 4 . Between the waveguide 1 and the plasma generation chamber 3 , a vacuum window 2 , for example formed by a quartz, is arranged in order to separate the waveguide 1 and the plasma generation chamber 3 , which is evacuated by an evacuation device, not shown, from one another under atmospheric pressure. At the lower end of the plasma generation chamber 3 , a metal plate 7 is arranged with a large opening 7 A. Through this plate 7 and the plasma generation chamber 3 , a semi-open microwave resonator is formed. An excitation magnet or an excitation solenoid 6 surrounds the outer surface of the resonator in such a way that a magnetic field with which the ECR condition can be met is generated. This creates a plasma in the resonance chamber. The plasma generated in this way is forced along the magnetic field lines into a processing chamber 9 and directed against a substrate support 10 . For example, monosilane gas (SiH ₄ ) is introduced into the processing chamber 9 via a gas supply device with a valve 12 A and a supply pipe 12 , so that the gas introduced is activated by the plasma. The activated specimens then react with a substrate 11 as the material to be processed, a thin film being formed over the surface of the substrate. If an etching gas is supplied via the gas supply pipe 4 in place of N ₂ or the like, then the device can be used to etch the upper surface of a substrate.

Bevor die Probleme angesprochen werden, die sich beim Auf bau und dem Betrieb einer ECR-Plasmaätzeinrichtung oder der CVD-Einrichtung des oben beschriebenen Typs ergeben, wird beschrieben, wie ein Plasma erzeugt wird. Im Falle der ECR- Plasmaätzeinrichtung oder der CVD-Einrichtung muß ein die ECR-Bedingung bzw. den ECR-Zustand erfüllender Magnetfeld bereich in der Plasmaerzeugungskammer errichtet werden, da mit ein wirksames Ätzen oder ein wirksames Wachsen eines dünnen Films durch ein Vergrößern der Plasmadichte ermög licht wird. Da jedoch die Länge des Erregungsolenoids in axialer Richtung begrenzt ist, ist es nicht möglich, daß dieser Magnetfeldbereich über den gesamten Raum der Plas maerzeugungskammer ausgedehnt wird, wie es der Fall wäre, wenn die Länge des Solenoids in axialer Richtung unbegrenzt wäre. Der oben genannte Magnetfeldbereich ist nur innerhalb eines begrenzten Raumes existent und es werden die Form und die Lage des Bereichs in axialer Richtung der Plasmaerzeu gungskammer bestimmt durch die Außen- und Innendurchmesser, die Höhe, die Anzahl der Wicklungen des Solenoids und an dere Konstruktionsfaktoren und durch die Stromstärke des durch das Erregungsolenoid fließenden Stromes. Es ist wei terhin das Erzeugen des Plasmas abhängig von dem äußeren Produkt der Stärke des elektrischen Feldes und der Magnet flußdichte (E×B), so daß die Lage des Magnetfeldbereiches (der im folgenden als Resonanzmagnetfeldbereich bezeichnet wird) relativ zu der elektrischen Feldstärkestärkenvertei lung der Mikrowellen ein sehr wichtiger Faktor ist. Durch diesen werden die Geschwindigkeit, in der eine Substratflä che bearbeitet wird, wie auch die Qualität der Bearbeitung, beispielsweise die Wachstumsrate eines dünnen Films auf der Oberfläche eines Substrats, und die Filmeigenschaften, wie eine Dickenverteilung des Filmwachstums und die Dichte des Films, bestimmt. Die elektrische Feldstärkenverteilung der Mikrowelle innerhalb der Plasmaerzeugungskammer ist abhän gig von der Form und Größe der Plasmaerzeugungskammer und dem Anpassungszustand zwischen der Mikrowelle und der Last. Als ein Beispiel für eine elektrische Feldstärkenverteilung der Mikrowelle ist in Fig. 2 eine schematische Ansicht ei ner elektrischen Feldstärkenverteilung einer Mikrowelle dargestellt für den Fall, daß die Plasmaerzeugungskammer als Resonator zum Erzeugen eines Resonanzmodes bzw. Reso nanzart TE₁₁₃ ausgebildet ist. In diesem Fall existieren in der Plasmaerzeugungskammer 3 drei Spitzen bzw. Maxima einer stehenden Mikrowelle. Die elektrische Feldstärke in axialer Richtung der Plasmaerzeugungskammer ist gleich der Ampli tude der stehenden Welle und nimmt in der radialen Richtung der Kammer ab. Es wird deshalb gedacht, daß wenn der Raum, in dem der Resonanzmagnetfeldbereich gebildet wird, durch eine Variation der Stromstärke des durch das Solenoid strö menden Stromes gesteigert wird, die Wirksamkeit des Erzeu gens des ECR-Plasmas, wie auch die Verteilung der Plasma dichte innerhalb der Plasmaerzeugungskammer gesteuert wer den kann. Ausgehend von dieser technischen Idee ist bislang nur der Solenoidstrom gesteuert worden, um eine optimale Größe bzw. Magnitude zu bestimmen, so daß die Gesamteigen schaften hinsichtlich der Qualität eines dünnen Films, die Wachstumsrate des Films, die Dickenverteilung des gewachse nen Films, ein Optimum annehmen. Es besteht jedoch das Pro blem, daß optimale Gesamteigenschaften allein durch die Steuerung des Solenoidstromes nicht erreicht werden können.Before addressing the problems that arise in the construction and operation of an ECR plasma etching device or the CVD device of the type described above, it will be described how a plasma is generated. In the case of the ECR plasma etching device or the CVD device, a magnetic field area satisfying the ECR condition or the ECR state must be established in the plasma generating chamber, since with an effective etching or an effective growth of a thin film by increasing the plasma density light becomes. However, since the length of the excitation solenoid is limited in the axial direction, it is not possible that this magnetic field area is extended over the entire space of the plasma generation chamber, as would be the case if the length of the solenoid were unlimited in the axial direction. The above-mentioned magnetic field area exists only within a limited space and the shape and the position of the area in the axial direction of the plasma generating chamber are determined by the outer and inner diameter, the height, the number of windings of the solenoid and other design factors and by the current intensity of the current flowing through the excitation solenoid. It is further the generation of the plasma depending on the external product of the strength of the electric field and the magnetic flux density (E × B), so that the position of the magnetic field area (hereinafter referred to as the resonance magnetic field area) relative to the electric field strength distribution Microwaves is a very important factor. This determines the speed at which a substrate surface is processed, as well as the quality of the processing, for example the growth rate of a thin film on the surface of a substrate, and the film properties, such as a thickness distribution of the film growth and the density of the film. The electrical field strength distribution of the microwave within the plasma generation chamber depends on the shape and size of the plasma generation chamber and the state of adaptation between the microwave and the load. As an example of an electrical field strength distribution of the microwave is shown in Fig. 2 is a schematic view of an electrical field strength distribution of a microwave in the event that the plasma generating chamber is designed as a resonator for generating a resonance mode or resonance type TE ₁₁₃ . In this case there are three peaks or maxima of a standing microwave in the plasma generation chamber 3 . The electric field strength in the axial direction of the plasma generating chamber is equal to the amplitude of the standing wave and decreases in the radial direction of the chamber. It is therefore thought that if the space in which the resonance magnetic field region is formed is increased by varying the current strength of the current flowing through the solenoid, the efficiency of generating the ECR plasma as well as the distribution of the plasma density within the plasma generation chamber controlled who can. Based on this technical idea, only the solenoid current has so far been controlled in order to determine an optimal size or magnitude so that the overall properties assume an optimum with regard to the quality of a thin film, the growth rate of the film, the thickness distribution of the grown film . However, there is a problem that optimum overall properties cannot be achieved by controlling the solenoid current alone.

Davon ausgehend, liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Gesamteigenschaften aufweisende Plasmabe arbeitungseinrichtung zu schaffen.Proceeding from this, the object of the invention is plasma property having improved overall properties to create a work facility.

Der Erfindung liegt als weitere Aufgabe zugrunde, ein opti males Verfahren zum Betrieb einer Plasmabearbeitungsein richtung der oben genannten Art zu schaffen.The invention is based on a further object, an opti paint method for operating a plasma processing to create direction of the above type.

Die auf die Einrichtung gerichtete Aufgabe wird erfindungs gemäß durch eine Plasmabearbeitungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The task aimed at the device is fiction according to a plasma processing device with the Features of claim 1 solved.

Es kann dabei die Lage eines Bereichs, in dem das durch das Erregungssolenoid erzeugte Magnetfeld die Elektronenzyklo tronresonanz-Bedingung erfüllt, in Relation zu einer elek trischen Feldstärke der Mikrowellen innerhalb der Plasmaer zeugungskammer eingestellt werden, in dem das Erregungsso lenoid gegenüber der Plasmaerzeugungskammer in seiner Lage verändert wird.It can be the location of an area in which the Excitation solenoids generated a magnetic field that electron cyclo tron resonance condition fulfilled, in relation to an elec tric field strength of the microwaves within the plasma generation chamber can be set in which the excitation so lenoid in position relative to the plasma generating chamber is changed.

In vorteilhafter Weise kann die Stromstärke des durch das Erregungssolenoid schließenden Stroms variiert werden.Advantageously, the amperage through the Excitation solenoid closing current can be varied.

Die Bearbeitungskammer kann ferner mit einer Gaszufuhrein richtung versehen sein.The processing chamber can also be equipped with a gas supply direction.

Die auf das Verfahren gerichtete Aufgabe wird erfindungsge mäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst. The task directed to the method is fiction according to a method with the features of claim 5 solved.

In vorteilhafter Weise kann das Verfahren weiter die Schritte enthalten, gemäß denen die Stromstärke bzw. Magni tude des durch das Solenoid fließenden Stromes innerhalb des Bereichs variiert werden kann, die Stellung des Sole noids in dessen axialer Richtung verändert werden kann, wo bei die Bearbeitung eines Spezimens wiederholt wird, und die Schritte des Variierens der Stromstärke des Stromes, des Veränderns der Lage des Solenoids und des Bearbeitens des Spezimens, des Bestimmens der Stromstärke des Stromes und der Lage des Solenoids und des Bearbeitens des Spezi mens wiederholt werden können.Advantageously, the method can further Contain steps according to which the current or Magni tude of the current flowing through the solenoid within the range can be varied, the position of the brine noids in its axial direction can be changed where is repeated when processing a specimen, and the steps of varying the amperage of the current, changing the position of the solenoid and editing specifying, determining the current strength of the current and the location of the solenoid and the processing of the speci mens can be repeated.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren werden mit weiteren Einzel heiten anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:Embodiments of the device according to the invention and the method according to the invention will be further individual units explained using the drawing. Show it:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt zum Erläutern des Auf baus einer herkömmlichen ECR-Plasmabearbeitungsein richtung, Fig direction. 1 is a schematic section for explaining the construction of a conventional on ECR Plasmabearbeitungsein,

Fig. 2 einen Schnitt, in dem zum Erläutern der stehenden Wellenform die elektrische Feldstärke in einem Re sonator dargestellt ist, in dem die Resonanzart TE₁₁₃ der Mikrowelle ausgebildet werden kann, Fig. 2 is a section in which the electric field strength is shown in a sonator Re for explaining the standing wave form in which the resonant fashion can be formed TE ₁₁₃ of the microwave oven,

Fig. 3 ein Diagramm zum Erläutern von Resonanzmagnetfeld bereichen in einer Plasmaerzeugungskammer, Fig. 3 is a diagram for explaining resonance magnetic fields in a plasma generating chamber,

Fig. 4 und Fig. 5 Diagramme für die Verteilung der Plasma dichte in radialer Richtung der Plasmaerzeugungs kammer, wenn die Resonanzmagnetfeldbereiche in den Bereichen A und B nach Fig. 3 ausgebildet sind, FIGS. 4 and Fig. 5 are diagrams for the distribution of the plasma-tight chamber in the radial direction of the plasma generation, when the resonance magnetic field are formed in areas of the regions A and B of FIG. 3,

Fig. 6A und Fig. 6B Diagramme für die Verteilung der Plas madichte bzw. der Dicke eines gewachsenen Films in radialer Richtung, Fig. 6A and Fig. 6B are diagrams for the distribution of Plas madichte or the thickness of a grown film in the radial direction,

Fig. 7 ein Diagramm zum Erläutern der Abhängigkeit der Plasmadichte von dem Strom des Erregungsolenoids und Fig. 7 is a diagram for explaining the dependence of the plasma density of the stream of Erregungsolenoids and

Fig. 8 eine schematische Schnittansicht eines Ausführungs beispiels für eine erfindungsgemäße Plasmabearbei tungseinrichtung. Fig. 8 is a schematic sectional view of an embodiment example for a plasma processing device according to the invention.

Von den Erfindern wurden umfangreiche Experimente und de taillierte Analysen hinsichtlich der Verteilung der Magnet flußdichte durchgeführt, die in einer Plasmaerzeugungskam mer erzeugt wird, wenn ein Erregungsolenoid von einem Strom durchflossen wird. Die berechneten Ergebnisse sind in Fig. 3 dargestellt; die schraffierten Bereiche zeigen die Reso nanzmagnetfeldbereiche, in denen der Fehler hinsichtlich des Magnetflusses in bezug auf eine Magnetflußdichte von 875 Gauß, die mit einer Mikrowelle von 2,45 GHz in Resonanz steht, innerhalb von ±1% liegt. Dieser Resonanzmagnetfeld bereich verändert sich abhängig von der Stromstärke bzw. Magnitude des durch das Solenoid fließenden Stromes. Wenn Strom derart durch das Solenoid fließt, daß die ECR-Bedin gung in der Umgebung der Mitte des Solenoids in Längsrich tung erfüllt ist, wie dies durch den Bereich A dargestellt ist, dann ist der Resonanzmagnetfeldbereich dick in axialer Richtung des Solenoids in der Umgebung der Achse, aber die Dicke nimmt schnell in radialer Richtung ab, so daß das Plasma dazu tendiert sich in der Umgebung bzw. Nachbar schaft der Solenoidachse zu konzentrieren. Wenn anderer seits Strom so durch das Solenoid fließt, daß der Resonanz magnetfeldbereich in der Umgebung der Enden des Solenoids ausgebildet wird, wie das durch den Bereich B dargestellt ist, dann wird die Dicke des Resonanzmagnetfeldbereiches dünn in der Umgebung der Achse des Solenoids; dabei ist die Dicke jedoch im wesentlichen gleichförmig in radialer Rich tung. Der Bereich C stellt einen Resonanzmagnetfeldbereich dar, der sich ergibt, wenn Strom derart durch das Solenoid fließt, daß der Resonanzmagnetfeldbereich zwischen dem Ende und dem Raum in der Umgebung der Achsmitte des Solenoids ausgebildet wird. Bei dieser Spezifikation ist die Art der Plasmaerzeugung durch das Magnetfeld, welches durch den Be reich A definiert ist als Mode bzw. Art I definiert, und die Art der Plasmaerzeugung durch das durch den Bereich B definierte Magnetfeld wird als Mode II bezeichnet. Wenn ein Plasma durch den Mode I erzeugt wird, dann ist die Wirksam keit der Plasmaerzeugung hoch, so daß ein Plasma mit rela tiv hoher Dichte erhalten werden kann. Im Falle des Modes II ist die Wirksamkeit der Plasmaerzeugung geringer als dies bei dem Mode I der Fall ist; es wird jedoch die Ver teilung der Plasmadichte in radialer Richtung gleichförmig. In den Fig. 4 und 5 ist die Verteilung der Dichte des Plasmas, welches durch die Arten bzw. Moden I und II er zeugt worden ist, in radialer Richtung der Plasmaerzeu gungskammer für den Fall, daß der Druck des N₂ einen Wert von 1 mTorr hat, die Strömungsgeschwindigkeit 30 sccm (standard state cubic centimeter(s) per minute; Kubikzenti meter im Standardzustand pro Minute) beträgt und die Lei stung der Mikrowelle 400 Watt beträgt, dargestellt. In dem Mode I tritt eine Abweichung von etwa 30% hinsichtlich der Plasmadichte in radialer Richtung auf; für den Mode II liegt die Abweichung jedoch innerhalb etwa 10%. In den Fig. 4 und 5 ist die Plasmadichte als Relativwert aufge tragen, wobei die Dichte an der Achse als Einheitswert zu grundegelegt ist; der Absolutwert für den Mode I ist jedoch größer als derjenige für den Mode 2.Extensive experiments and detailed analyzes were carried out by the inventors with regard to the distribution of the magnetic flux density which is generated in a plasma generation chamber when a current flows through an excitation solenoid. The calculated results are shown in Fig. 3; the hatched areas show the resonance magnetic field areas in which the error in terms of magnetic flux with respect to a magnetic flux density of 875 gauss, which resonates with a microwave of 2.45 GHz, is within ± 1%. This resonance magnetic field area changes depending on the current strength or magnitude of the current flowing through the solenoid. If current flows through the solenoid such that the ECR condition in the vicinity of the center of the solenoid in the longitudinal direction is satisfied as shown by the area A, then the resonance magnetic field area is thick in the axial direction of the solenoid in the vicinity of the Axis, but the thickness decreases rapidly in the radial direction, so that the plasma tends to concentrate in the vicinity of the solenoid axis. On the other hand, if current flows through the solenoid so that the resonance magnetic field region is formed in the vicinity of the ends of the solenoid, as represented by the region B, then the thickness of the resonance magnetic field region becomes thin in the vicinity of the axis of the solenoid; however, the thickness is substantially uniform in the radial direction Rich. The area C represents a resonance magnetic field area that results when current flows through the solenoid such that the resonance magnetic field area is formed between the end and the space in the vicinity of the axis center of the solenoid. In this specification, the type of plasma generation by the magnetic field defined by region A is defined as mode or type I, and the type of plasma generation by the magnetic field defined by region B is referred to as mode II. If a plasma is generated by Mode I, then the effectiveness of the plasma generation is high, so that a plasma with a relatively high density can be obtained. In the case of mode II, the effectiveness of the plasma generation is less than is the case with mode I; however, the distribution of plasma density in the radial direction becomes uniform. In Figs. 4 and 5, the distribution of the density of the plasma, which has been adjusted by the kinds and modes I and II he attests, in the radial direction of the Plasmaerzeu supply chamber in the event that the pressure of N ₂ a value of 1 mTorr, the flow rate is 30 sccm (standard state cubic centimeter (s) per minute; cubic centimeter in the standard state per minute) and the microwave output is 400 watts. In mode I there is a deviation of approximately 30% with regard to the plasma density in the radial direction; for Mode II, however, the deviation is within about 10%. In Figs. 4 and 5, the plasma density is wearing as a relative value set, wherein the density is basically placed on the axle as a unit value; however, the absolute value for mode I is greater than that for mode 2 .

Es wird zum Beispiel ein auf der Oberfläche des Substrats ausgebildeter bzw. angewachsener Film dichter, wenn die Dichte des Plasmas größer wird und wenn die Plasmadichte abnimmt, wird der Film gröber bzw. rauher. Die Verteilung der Filmdichte ist weiterhin der Plasmadichteverteilung im wesentlichen ähnlich. In den Fig. 6A und 6B ist die Plasmadichte bzw. die Filmdicke in radialer Richtung darge stellt, wenn, zum Beispiel, ein Plasma aus Stickstoff über einstimmend mit dem Mode I erzeugt wird und ein Si₃N₄-Film über der Oberfläche des Substrates durch das Einführen von Silan (SiH₄) in die Bearbeitungskammer ausgebildet wird. Wie aus den Fig. 6A und 6B ersichtlich, sind die Vertei lung der Plasmadichte und die Verteilung der Filmwachstums rate, d. h. die Verteilung der Dicke des gewachsenen Films in einem im wesentlichen übereinstimmenden Verhältnis. Dar aus folgt, daß es dann, wenn es erwünscht ist, daß die Qua lität des Films und die Wachstumsrate des Films verbessert wird, vorteilhaft ist, daß der Film anhand des Modes I aus gebildet wird. Wenn es erwünscht ist, daß die Verteilung der Filmdicke verbessert wird, dann ist es vorteilhaft, daß der Film mit dem Mode II gebildet wird. Im Falle des Film wachstums reicht es aus, daß die Einrichtung so betrieben wird, daß sich die gewünschte Filmdicke ergibt und es kann die Verteilung der Dichte des gewachsenen Films im wesent lichen erhalten werden.For example, a film formed on the surface of the substrate becomes denser as the density of the plasma increases, and as the plasma density decreases, the film becomes coarser. The distribution of the film density is also essentially similar to the plasma density distribution. In FIGS. 6A and 6B, the plasma density and the film thickness in the radial direction Darge established when, for example, a plasma of nitrogen consistently generated with the mode I is and a Si ₃ N ₄ film on the surface of the substrate is formed by introducing silane (SiH ₄ ) into the processing chamber. As can be seen from FIGS . 6A and 6B, the distribution of the plasma density and the distribution of the film growth rate are, that is, the distribution of the thickness of the grown film in a substantially matching ratio. It follows from this that if it is desired that the quality of the film and the growth rate of the film be improved, it is advantageous that the film be formed using Mode I. If it is desired that the distribution of film thickness be improved, then it is advantageous that the film be formed with Mode II. In the case of film growth, it is sufficient that the device is operated so that the desired film thickness results and the distribution of the density of the grown film can be obtained in the union.

In Fig. 7 ist ein Beispiel für die Abhängigkeit der Dichte des in der Plasmaerzeugungskammer erzeugten Plasmas von dem Solenoidstrom angegeben. In diesem Fall ist die Plasma dichte im wesentlichen gleichförmig bis der Solenoidstrom auf 146A ansteigt. Der Bereich dieser Stromstärke des Stro mes entspricht dem Mode I der Plasmaerzeugung, in dem Plasma durch das Resonanzmagnetfeld erzeugt wird, das in der Umgebung der Mitte des Erregungsolenoids in axialer Richtung entsteht. Wenn der Solenoidstrom vergrößert wird, dann fällt die Plasmadichte plötzlich ab. Die Abnahme die ser Plasmadichte hält an, bis der Solenoidstrom auf 154A ansteigt und wenn der Solenoidstrom oberhalb 154A ist, dann wird die Plasmadichte im wesentlichen wieder konstant. Der Bereich der Stromstärke des Solenoidstroms, in dem die Plasmadichte im wesentlichen mit einem relativ niedrigen Niveau aufrechterhalten werden kann, entspricht dem Mode II der Plasmaerzeugung. In diesem Mode bzw. bei dieser Art der Plasmaerzeugung wird Plasma durch das in der Umgebung des Endes des Erregungssolenoids erzeugte Resonanzmagnetfeld erzeugt. Die Plasmadichte in dem Resonanzmagnetfeldbereich des Modes I unterscheidet sich von derjenigen des Modes II durch eine Stelle. Es existiert ein Übergangsbereich in dem sich die Plasmadichte abhängig von der Magnitude bzw. Stromstärke des Solenoidstromes verändert. Die Stromstärken des Solenoidstroms an der Grenze zwischen dem Übergangsbe reich und dem Mode I und zwischen dem Übergangsbereich und dem Mode II verändern sich abhängig von der Form und der Größe der Plasmaerzeugungskammer und des Erregungssoleno ids; dabei existieren die drei in Fig. 7 dargestellten Be reich unabhängig von der jeweiligen Abmessung der Einrich tung.In Fig. 7, an example of the dependence of density is indicated in the generated plasma from the plasma generation chamber to the solenoid. In this case, the plasma density is substantially uniform until the solenoid current increases to 146A. The range of this current strength of the current corresponds to Mode I of plasma generation, in which plasma is generated by the resonance magnetic field which arises in the vicinity of the center of the excitation solenoid in the axial direction. When the solenoid current is increased, the plasma density suddenly drops. The decrease in this plasma density continues until the solenoid current increases to 154A and when the solenoid current is above 154A, the plasma density becomes substantially constant again. The range of current of the solenoid current in which the plasma density can be maintained substantially at a relatively low level corresponds to Mode II of plasma generation. In this mode or in this type of plasma generation, plasma is generated by the resonance magnetic field generated in the vicinity of the end of the excitation solenoid. The plasma density in the resonance magnetic field region of mode I differs from that of mode II by one location. There is a transition area in which the plasma density changes depending on the magnitude or current of the solenoid current. The currents of the solenoid current at the boundary between the transition region and Mode I and between the transition region and Mode II change depending on the shape and size of the plasma generation chamber and the excitation solenoid; here exist the three Be shown in Fig. Rich regardless of the respective dimension of the Einrich device.

Bei dem herkömmlichen Verfahren zum Betrieb einer Plasmabe arbeitungseinrichtung wird der Resonanzmagnetfeldbereich so angeordnet, daß er sich in einer bevorzugten Position in dem Übergangsbereich befindet, indem die Stromstärke des Solenoidstromes gesteuert wird; dabei wird ein dünner Film ausgebildet. Die Wirksamkeit der Plasmaerzeugung wird je doch wesentlich durch die Position bzw. Lage des Resonanz magnetfeldbereichs in bezug auf die elektrische Feldstär kenverteilung der Mikrowelle, oder in bezug auf die Lage der spezifischen elektrischen Feldstärke beeinflußt. Wenn die Lage des Erregungsolenoids in bezug auf die Plasmaer zeugungskammer stationär gehalten wird, dann ist es selbst dann, wenn die Lage des Resonanzmagnetfeldbereichs, die als die bevorzugte Lage in dem Übergangsbereich angesehen wird, eingehalten wird wünschenswert, daß eine Bewegung in eine optimalere Lage erfolgt; es ist dabei nicht möglich, den Resonanzmagnetfeldbereich in dem Übergangsbereich zu ver schieben. Im Gegensatz dazu ist die erfindungsgemäße Plas mabearbeitungseinrichtung so ausgelegt und aufgebaut, daß die Lage des Erregungsolenoids gegenüber der Plasmaerzeu gungskammer verändert werden kann, so daß die Stromstärke des Solenoidstroms an einem dem Übergangsbereich entspre chenden Wert bestimmt wird und weiter das Solenoid in axi aler Richtung der Plasmaerzeugungskammer so bewegt wird, daß die Gesamteigenschaften zum Bearbeiten der Oberfläche eines Substrates auf ein höheres Niveau gebracht werden können.In the conventional method of operating a plasma hub work device becomes the resonance magnetic field area arranged that he is in a preferred position in the transition area is located by the amperage of the Solenoid current is controlled; this will make a thin film educated. The effectiveness of plasma generation is ever but essentially by the position or location of the resonance magnetic field range in relation to the electric field strength distribution of the microwave, or in relation to the location affects the specific electric field strength. If the location of the excitation solenoid with respect to the plasma generation chamber is held stationary, then it is itself then when the position of the resonance magnetic field region, which as the preferred location in the transition area is considered, it is desirable that a movement into a optimal location; it is not possible to Ver resonance magnetic field area in the transition area push. In contrast, the Plas invention machine processing device designed and constructed so that the location of the excitation solenoid relative to the plasma generator supply chamber can be changed so that the current of the solenoid current corresponds to the transition region value is determined and further the solenoid in axi aler direction of the plasma generating chamber is moved so that the overall properties for editing the surface of a substrate can be brought to a higher level can.

In Fig. 8 ist ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungs gemäße Plasmabearbeitungseinrichtung dargestellt. Es werden die gleichen Bezugszeichen verwendet, die bereits in bezug auf Fig. 1 verwendet worden sind. Die Plasmaerzeugungskam mer 3 und die Bearbeitungskammer 9 sind über eine Auslaß öffnung 9A der Bearbeitungskammer 9 über das nicht darge stellte Evakuierungssystem evakuiert, so daß sich ein hohes Vakuum ergibt. Über das Gaszufuhrrohr 4 wird als nächstes ein vorbestimmtes Gas, wie beispielsweise Ar in die Plas maerzeugungskammer 3 derart eingeführt, daß der Druck darin auf einem vorbestimmten Niveau (zum Beispiels 1 bis 10 mTorr) aufrechterhalten werden kann. Als nächstes gelangen Mikrowellen über den Wellenleiter 1 und das Vakuumfenster 2 von einem Mikrowellengenerator 13 mit einem Mikrowellen oszillator, einen Isolator und einer Anpassungseinrichtung usw. in die Plasmaerzeugungskammer 3. Das Erregungssolenoid 14 wird mit einem Strom beaufschlagt, so daß ein Ma gnetfeld, welches die ECR-Bedingung erfüllt, in der Plas maerzeugungskammer 3, die einen Resonator bildet, gebildet wird. Dadurch entsteht das Plasma.In Fig. 8 an embodiment of an inventive plasma processing device is shown. The same reference numerals are used that have already been used with reference to FIG. 1. The Plasmaerzeugungskam mer 3 and the processing chamber 9 are connected via a outlet opening 9 A of the processing chamber 9 via the not presented Darge evacuation system is evacuated, so that a high vacuum is obtained. Via the gas supply pipe 4 a predetermined gas such as Ar in the Plas maerzeugungskammer 3 is inserted in such a way that the pressure therein can be maintained at a predetermined level (for example 1 to 10 mTorr) next. Next, microwaves pass through the waveguide 1 and the vacuum window 2 from a microwave generator 13 with a microwave oscillator, an insulator and an adapter, etc. into the plasma generation chamber 3 . A current is applied to the excitation solenoid 14 so that a magnetic field that meets the ECR condition is formed in the plasma generating chamber 3 that forms a resonator. This creates the plasma.

Das die Plasmaerzeugungskammer 3 koaxial umgebende Erre gungssolenoid 14 ist über einen Antrieb 15, wie einen Motor und eine Antriebskraft-Übertragungseinrichtung 16, wie bei spielsweise eine Kette, in vertikaler Richtung bewegbar. Ein Führungsglied zum Führen des Solenoids 14 kann um das Erregungssolenoid angeordnet sein. Anstelle einer Kette kann die Antriebskraft-Übertragungseinrichtung 16 auch ein Zahnrad, eine Schraube oder ähnliche geeignete Mittel auf weisen. Das Führungsglied und die Antriebskraft-Übertra gungseinrichtung bestehen aus einem nichtmagnetischem Mate rial, wie beispielsweise einem nichtrostenden Stahl. Der innerhalb des Solenoids 14 durch den Stromfluß erzeugte Re sonanzmagnetfeldbereich kann hinsichtlich seiner Lage über einen weiten Bereich in axialer Richtung der Plasmaerzeu gungskammer 3 verändert werden. Die Veränderung erfolgt über die beschriebene Einrichtung für eine vertikale Lage veränderung; die Länge des Solenoids in axialer Richtung kann somit im Vergleich zu herkömmlichen Erregungssolenoi den verkürzt werden und es kann dabei der Hauptkörper der Einrichtung, der das Solenoid umfaßt, kompakt ausgebildet werden.The excitation solenoid 14 coaxially surrounding the plasma generating chamber 3 can be moved in the vertical direction via a drive 15 , such as a motor and a driving force transmission device 16 , such as in the case of a chain. A guide member for guiding the solenoid 14 may be disposed around the excitation solenoid. Instead of a chain, the drive force transmission device 16 can also have a toothed wheel, a screw or similar suitable means. The guide member and the driving force transmission device are made of a non-magnetic material such as a stainless steel. The generated within the solenoid 14 by the current flow Re sonanzmagnetfeldbereich can be changed in terms of its location over a wide range in the axial direction of the plasma generation chamber 3 . The change takes place via the described device for a vertical position change; the length of the solenoid in the axial direction can thus be shortened compared to conventional excitation solenoids, and the main body of the device including the solenoid can be made compact.

Bei einem Bearbeiten der Oberfläche des Substrates 11 wird das Erregungssolenoid 14 in einer vorbestimmten Lage ange ordnet. Die Lage kann beispielsweise so bestimmt sein, daß die Mittenlage des Solenoids 14 in axialer Richtung im we sentlichen mit dem oberen Ende der Plasmaerzeugungskammer 3 übereinstimmt. Daran anschließend wird das Solenoid von ei nem elektrischen Strom so durchflossen, daß ein der ECR-Be dingung genügendes Magnetfeld ausgebildet wird. In diesem Fall kann, während die Elektronendichte mittels einer her kömmlichen Methode, beispielsweise unter Einsatz eines Meßfühlers ermittelt wird, der Strom hinsichtlich seiner Magnitude variiert werden, und die Stromstärke wird hin sichtlich ihres Niveaus bestimmt bzw. festgelegt. Dieses Stromniveau liegt innerhalb eines Bereichs. Während die Ma gnitude des Stroms vergrößert wird nimmt die Plasmadichte, wie aus Fig. 7 ersichtlich, plötzlich ab. Diese Magnitude des Stroms liegt zwischen der Stromstärke, durch die der Resonanzmagnetfeldbereich vorgegeben ist, in dem das Plasma nach dem Mode I erzeugt wird und der Resonanzmagnitude des Stromes, durch die der Magnetfeldbereich bestimmt wird, in dem Plasma nach dem Mode II erzeugt wird. Mit anderen Wor ten ist die Stromstärke derart, daß der oben beschriebene Übergangsbereich definiert bzw. festgelegt wird. Als näch stes wird das Erregungsolenoid in vertikaler Richtung in eine Stellung bewegt und in dieser gehalten, in der durch die Stromstärke des durch das Solenoid fließenden Stromes 14 optimale Gesamteigenschaften hinsichtlich der Qualität des dünnen Films, der Verteilung der Dicke des gewachsenen Films, der Wachstumsrate des Films usw. während der Bear beitung aufrechterhalten werden können. Weiterhin kann die Stromstärke des Stromes innerhalb des oben genannten Über gangsbereichs variiert werden und es kann der oben be schriebene Bearbeitungsschritt einige Male wiederholt wer den, so daß eine Oberflächenbearbeitung durchgeführt werden kann, mit der Gesamteigenschaften eines höheren Niveaus er reichbar sind. Es ist hier weiter festzustellen, daß der Aufbau des Resonanzmagnetfeldbereichs in einer gewünschten Lage durch Einstellen des Solenoidstromes stabiler durchge führt werden kann, indem der Außendurchmesser und die Dicke des Solenoids vergrößert werden, um den Übergangsbereich in axialer Richtung zu erweitern. Wie oben beschrieben, werden erfindungsgemäß die Gesamteigenschaften, wie die Wachstums rate des dünnen Films, die Qualität des dünnen Films, die Dickeverteilung eines dünnen Films usw. verbessert und auf ein höheres Niveau gebracht. Weiterhin ist es auch bei ei ner Ätzbearbeitung möglich, daß die Oberflächenbearbeitung mit auf ein höheres Niveau gebrachten Gesamteigenschaften durchgeführt werden kann. When editing the surface of the substrate 11 , the excitation solenoid 14 is arranged in a predetermined position. The position can be determined, for example, so that the central position of the solenoid 14 in the axial direction essentially matches the upper end of the plasma generation chamber 3 . Subsequently, the solenoid is flowed through by an electric current such that a magnetic field satisfying the ECR condition is formed. In this case, while the electron density is determined by means of a conventional method, for example using a sensor, the current can be varied in terms of its magnitude, and the current intensity is determined or fixed with respect to its level. This current level is within a range. As the magnitude of the current is increased, the plasma density suddenly decreases as shown in FIG. 7. This magnitude of the current lies between the current intensity, by means of which the resonance magnetic field region is specified, in which the plasma is generated according to mode I, and the resonance magnitude of the current, by which the magnetic field region is determined, in which plasma is generated according to mode II. In other words, the current is such that the transition area described above is defined. Next, the excitation solenoid is moved vertically to and held in a position in which the overall properties of the thin film, the distribution of the thickness of the grown film, the growth rate of the film by the current of the current flowing through the solenoid 14 are optimal Films etc. can be maintained during the processing. Furthermore, the current intensity of the current can be varied within the above-mentioned transition range, and the processing step described above can be repeated a few times, so that surface processing can be carried out with the overall properties of a higher level. It is further noted here that the structure of the resonance magnetic field region in a desired position can be carried out more stably by adjusting the solenoid current by increasing the outer diameter and the thickness of the solenoid in order to widen the transition region in the axial direction. As described above, according to the present invention, the overall properties such as the growth rate of the thin film, the quality of the thin film, the thickness distribution of a thin film, etc. are improved and brought to a higher level. Furthermore, it is also possible in the case of etching processing that the surface processing can be carried out with overall properties brought to a higher level.

Die Erfindung ist detailliert in bezug auf bevorzugte Aus führungsbeispiele beschrieben. Es ist für einen Fachmann ersichtlich, daß Veränderungen und Modifikationen durchge führt werden können, ohne daß dabei der Schutzumfang der Erfindung verlassen wird.The invention is detailed in terms of preferred features management examples described. It is for a professional can be seen that changes and modifications can be performed without the scope of protection Invention is left.

Claims

1. Plasma processing device comprising:
a microwave generator ( 13 ),
a microwave transmission device ( 1 ) for transmitting microwaves generated by the microwave generator ( 13 ),
a plasma generation chamber (3), the wave transmitting means with the microcontroller is connected (1) and having a gas supply means (4) and a rich formed in a Endbe, the microwave transmitting means (1) opposite the opening (7 A),
to a magnetic field for generating a plasma to form a Erregungssolenoid (14) formed coaxially about the Plas maerzeugungskammer (3) of a gas introduced into the plasma generation chamber (3) by the resonance effect with the microwave oven,
a processing chamber ( 9 ), which is connected via the opening ( 7 A) to the plasma generation chamber ( 3 ), for processing a surface of a substrate ( 11 ) arranged therein with the plasma, and
a displacement device ( 15 , 16 ) in order to vary the position of the excitation solenoid ( 14 ) in the axial direction with respect to the plasma generation chamber ( 3 ).

2. Plasma processing device according to claim 1, characterized in that a position of an area in which the magnetic field generated by the excitation solenoid ( 14 ) it satisfies an electron cyclotron resonance condition, in relation to an electric field strength of the microwave within the plasma generation chamber ( 3 ) can be adjusted by moving the excitation solenoid ( 14 ) relative to the plasma generation chamber ( 3 ).

3. Plasma processing device according to claim 1 or 2, characterized in that the current strength of the current flowing through the excitation solenoid ( 14 ) is variable.

4. Plasma processing device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the processing chamber ( 9 ) has a gas supply device ( 12 ).

5. A method for operating a plasma processing device with a plasma generating chamber ( 3 ), into which a gas for generating a plasma is introduced via a resonance effect between a microwave and a magnetic field, a processing chamber ( 9 ) with the plasma generating chamber ( 3 ) in connection stands, and a Erregungsso lenoid (14) which is disposed the plasma-generating chamber (3) coaxially to the giving and opposite the Plasmaerzeu supply chamber (3) is movable, comprising the steps of:
Generating a plasma by setting the current strength of the electric current flowing through the excitation solenoid ( 14 ) in an area in which the density of the plasma generated decreases with an increase in the current strength, and
Processing a specimen to be processed arranged in the processing chamber.

6. The method according to claim 5, characterized by the steps:
Varying the current intensity of the current flowing through the solenoid ( 14 ) within the range,
Changing the position of the solenoid ( 14 ) in its axial direction and repeating the processing of the specimen ( 11 ),
Repeating the steps of varying the amperage of the amperage, changing the location of the solenoid ( 14 ) and manipulating the specimen ( 11 ), amperage of the amperage and location of the solenoid ( 14 ), setting and editing the specimen ( 11 ).